德系泥水平衡盾构机气压自动补偿系统的研究.pdf

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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年5月第35卷第5期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)May2013Vo1．35No．5德系泥水平衡盾构机气压自动补偿系统的研究到1利强，张树凯(中国石油天然气管道局第四工程分公司，河北廊坊065000)马鑫(中国石油管道学院，河北廊坊065000)张伟，宣春静(中国石油天然气管道局第四工程分公司，河北廊坊065000)[摘要]在我国，泥水盾构已广泛应用于各种复杂地质条件下的地铁、公路、管道隧道施工，而业界比较公认的一个观点是德系泥水盾构相较于日系泥水盾

2、构更能适应复杂地质条件。介绍了德系海瑞克生产的泥水平衡盾构机的工作原理，对其采用的气压自动补偿系统的原理也进行了介绍。指出该补偿系统采用气动控制的优缺点。通过对该系统的研究，有助于技术和操作人员掌握该系统的原理以及设备的使用、维护、保养方法。[关键词]盾构机；泥水平衡；气压自动补偿[中图分类号]TE973．4[文献标志码]A[文章编号]1000—9752(2013)05—0328—031泥水平衡盾构机基本工作原理泥水平衡盾构机通过有一定压力的泥浆形成的泥膜来支撑稳固开挖面，由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖，开挖下来的土

3、料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。泥水平衡盾构机适用于各种复杂地层，尤其对松散不稳定地层、透水性强地层具有优越性。采用泥水平衡盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法，在稳定的地层中其优点更加明显。2海瑞克泥水平衡盾构机工作原理海瑞克盾构机渣土舱室分为刀盘舱和泥水舱，中间设置一隔板，底部通过较大的出渣口相连通或者底部封闭，两舱室通过一根位于顶部的连通管相连通。泥浆循环的供浆管路、排浆管路均在泥水舱或者刀盘舱靠下位置布设。当盾构机正常掘进时，操作人员操作泥水循环进、排浆泵，控制进、排浆流量基本相同，维持开挖

4、面泥浆压力和地层水土压力动态平衡。由于进、排浆泵由人工操作，受操作人员操作水平的影响会使进、排浆流量不一致，导致泥浆压力频繁上下波动，严重时造成地面沉降或隆起严重；或者当设备突然出现故障停机时，失去动力的泥浆沿着泥浆管路迅速冲人泥水舱，形成“水锤”，对开挖面造成较大的冲击，严重时会直接导致开挖面顶部“开天窗”，造成刀盘前部塌方。为了有效解决压力波动造成开挖面失稳的影响，海瑞克泥水盾构机在泥水舱上部加入了压缩空气，形成一个“气垫”_2]，气压的设定压力略大于地层水土压力，再通过一套进、排气自动控制系统保证气压压力始终与设定值相同，无

5、论操作人员操作进、排浆泵流量差过大、过小，只要在合理的范围内，都能保证泥浆压力与地层的水土压力平衡，有效地保证了泥浆泥膜在开挖面的形成，维护了开挖面的稳定。气压自动控制系统的工作方式如下：当排浆流量大于进浆流量时，泥水舱内的液位开始下降，气压所占的体积开始增大，压力开始下降，这时气压自动补偿系统开始给泥水舱内补气，使气压压力达到之前的设定值；相反，当排浆流量小于进浆流量时，泥水舱内的液位逐渐升高，气压所占的体积开始减[收稿日期]2013—04—01[作者简介]孙利强(1981一)，男，2004年辽宁石油化工大学毕业，工程师，现主要

6、从事盾构施工技术管理工作。第35卷第5期孙利强等：德系泥水平衡盾构机气压自动补偿系统的研究·329·小，压力开始升高，这时气压自动补偿系统自动打开排气阀排气，使气压压力维持之前的设定值。图1为海瑞克的泥水平衡盾构机气压工作原理图。。3气压自动补偿系统的原理海瑞克气压自动补偿系统采用的产品为Samson气压调节装置，整个系统包括进气、图1海瑞克的泥水平衡盾构机气压工作原理排气、测量气三套气路及气压调节器、压力变送器、定位阀门等元器件。工作原理如图2所示，其中A表示P／P压力变送器，变送后压力范围在2O～100kPa；B表示气压调节器

7、，作用为根据地层水土压力设定气压舱压力，设定压力范围0～600kPa；C表示减压阀，减压后压力为140kPa；D表示气体过滤、减压、润滑元件，减压后的压力为0～1000kPa；E表示泥水舱压力；Vl、V2分别表示进气阀门和排气阀门，属于气动薄膜弹簧执行机构，图2自动调节装置原理图阀门上都安装有气动定位器；1路气为整个控制系统的供气管路，1．1气路为A、B元件提供工作气压；1．2气路为阀门提供工作气压；1．3气路为泥水舱压力反馈管路；1．4气路为变送器变送后的压力传送管路；1．5气路为气压调节器B传递给V1、V2阀门控制信号的管路。

8、当泥水舱的液位上涨时，阀门阀门气体体积被压缩，压力变大，气体压力通过1．3管路传递开1给A压力变送器，经过压力变送器转换成为2O～100kPa的压力P1，通过1．4管路传递给气压调节器B，B经过开与预设压力参数对比后对P1力／kPa力／kPa进行修